程　偉，王海雷，汪焰勝，黃訓(xùn)端，丁　雷，高志遠(yuǎn)，薛錫佳，吳宏萍，謝國排，彭　兵

（1.安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽236023； 2.安徽省阜陽市腫瘤醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，安徽阜陽236000；3.安徽大學(xué)健康科學(xué)研究院，安徽合肥230601； 4.安徽金種子集團(tuán)有限公司檢測中心，安徽阜陽236018）

一種釀酒用工業(yè)微生物簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程偉1，王海雷2，汪焰勝3，黃訓(xùn)端3，丁雷1，高志遠(yuǎn)1，薛錫佳4，吳宏萍4，謝國排1，彭兵1

（1.安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽236023； 2.安徽省阜陽市腫瘤醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，安徽阜陽236000；3.安徽大學(xué)健康科學(xué)研究院，安徽合肥230601； 4.安徽金種子集團(tuán)有限公司檢測中心，安徽阜陽236018）

提供發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)性能穩(wěn)定、數(shù)量充足且不被雜菌污染的生產(chǎn)菌種，是種子制備工藝的關(guān)鍵；其中，擴(kuò)大培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用在微生物擴(kuò)大培養(yǎng)種子制備過程中起到重要作用，直接關(guān)系到種子制備的質(zhì)量與效率。探討了一種釀酒用工業(yè)微生物簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，該簡易培養(yǎng)裝置包括1m3小培養(yǎng)罐和5m3擴(kuò)大培養(yǎng)罐，并配備有罐體保溫罩、空氣壓縮機(jī)、攪拌器、循環(huán)盤管、溫度傳感器和液位計(jì)等；該裝置的罐體呈圓柱體，分別開啟蒸汽、攪拌機(jī)、循環(huán)水等對(duì)應(yīng)管線或裝置，可實(shí)現(xiàn)蒸汽加熱殺菌、攪拌、冷卻或保溫、溫度及液位監(jiān)測等，提高釀酒用工業(yè)微生物擴(kuò)大培養(yǎng)的效率，尤其適用于復(fù)合己酸菌液的培養(yǎng)。該裝置可基本實(shí)現(xiàn)釀酒用工業(yè)微生物的密閉連續(xù)性擴(kuò)大培養(yǎng)、有效避免雜菌污染，且微生物生長旺盛、酶活較傳統(tǒng)擴(kuò)大培養(yǎng)方式大為提高，生產(chǎn)應(yīng)用效果較好。

釀酒； 工業(yè)微生物； 擴(kuò)大培養(yǎng)； 裝置； 設(shè)計(jì)

微生物菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)是發(fā)酵生產(chǎn)的第一道工序，該工序又稱之為種子制備。種子制備不僅要使菌體數(shù)量增加，更重要的是培養(yǎng)出具有高質(zhì)量的生產(chǎn)種子供發(fā)酵生產(chǎn)使用。因此，如何提供發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)性能穩(wěn)定、數(shù)量充足而且不被其他雜菌污染的生產(chǎn)菌種，是種子制備工藝的關(guān)鍵[1]。擴(kuò)大培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用在微生物菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)種子制備過程中起到重要作用，直接關(guān)系到微生物生產(chǎn)種子制備的質(zhì)量與效率。在傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中，微生物對(duì)白酒的產(chǎn)量、品質(zhì)、風(fēng)味等都起著重要作用[2]。釀酒酵母、高糖化力霉菌、酯化紅曲霉菌、己酸菌等的擴(kuò)大培養(yǎng)與應(yīng)用，對(duì)提高原酒的產(chǎn)量、質(zhì)量起到積極作用。在原酒生產(chǎn)實(shí)際過程中，不可避免地要用到釀酒工業(yè)微生物的液體擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，尤其是濃香型白酒人工窖泥培養(yǎng)及窖池養(yǎng)護(hù)過程中的復(fù)合己酸菌液的制備。從濃香型白酒優(yōu)質(zhì)老窖泥中分離的功能己酸菌，其己酸代謝能力較強(qiáng)，己酸乙酯的合成豐富；在濃香型白酒釀造過程中，己酸菌的液體復(fù)合培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)人工窖泥的老熟、提高基酒優(yōu)質(zhì)酒率等，具有明顯的效果[3]?，F(xiàn)有的酒企使用工業(yè)微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，尤其是復(fù)合己酸菌液的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，結(jié)構(gòu)大多較為粗放、密閉連續(xù)性不強(qiáng)、溫度控制效果差等，容易造成雜菌污染，影響菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)效果，影響生產(chǎn)。因此，設(shè)計(jì)與應(yīng)用一種結(jié)合釀酒生產(chǎn)實(shí)際需要、結(jié)構(gòu)合理、功能完備的釀酒用工業(yè)微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置十分必要。

1　設(shè)計(jì)目的及其實(shí)施例分析

1.1所要解決的技術(shù)問題及其達(dá)到的有益效果

菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的主要目的是為每次發(fā)酵罐的投料提供相當(dāng)數(shù)量代謝旺盛的微生物種子,工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越大，每次發(fā)酵所需的種子就越多。發(fā)酵時(shí)間與接種量有關(guān)，接種量越大，發(fā)酵時(shí)間越短；將較多數(shù)量的成熟菌體接入發(fā)酵罐中，有利于縮短發(fā)酵時(shí)間，提高發(fā)酵罐的利用率，并且也有利于減少雜菌污染的機(jī)會(huì)；因此，種子擴(kuò)大培養(yǎng)不但需要純而壯的菌體，而且還需要有活力旺盛接種數(shù)量充足的菌體。

本設(shè)計(jì)所要解決的技術(shù)問題是提供一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，為解決現(xiàn)有釀酒用工業(yè)微生物擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，尤其是復(fù)合己酸菌液的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，結(jié)構(gòu)大多較為粗放、密閉連續(xù)性不強(qiáng)、溫度控制效果差等弊端。本設(shè)計(jì)所提供的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，尤其適用于復(fù)合己酸菌液的擴(kuò)大培養(yǎng)。該釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，占地面積小、設(shè)備投資少，不僅可以實(shí)現(xiàn)常用釀酒工業(yè)微生物逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的密閉連續(xù)性，避免雜菌污染，而且能實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)整控制，適用于好氧、兼氧與厭氧等釀酒用工業(yè)微生物擴(kuò)大培養(yǎng)，應(yīng)用價(jià)值較高。

1.2種子罐級(jí)數(shù)的確定

對(duì)不同微生物菌種的發(fā)酵過程來說，必須根據(jù)菌種生長繁殖速度決定種子擴(kuò)大培養(yǎng)的級(jí)數(shù)[4]，一般50 t發(fā)酵罐多采用三級(jí)發(fā)酵，有的甚至采用四級(jí)發(fā)酵，如鏈霉素生產(chǎn)；有些酶制劑發(fā)酵生產(chǎn)也采用三級(jí)發(fā)酵，而谷氨酸及其他氨基酸的發(fā)酵所采用的菌種是細(xì)菌，生長繁殖速度較快，一般采用二級(jí)發(fā)酵。種子制備的過程大致可分為實(shí)驗(yàn)室種子制備階段和生產(chǎn)車間種子制備階段。實(shí)驗(yàn)室種子制備階段是指瓊脂斜面保藏菌種轉(zhuǎn)接至固體培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)（如茄子瓶斜面培養(yǎng)）或液體搖瓶培養(yǎng)，進(jìn)行保藏菌種的復(fù)壯與傳代培養(yǎng)，生產(chǎn)車間種子制備階段是種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，以便直接應(yīng)用與生產(chǎn)。

微生物液體種子的制備方法主要分為好氧培養(yǎng)與厭氧培養(yǎng)[5]：（1）好氧培養(yǎng)：對(duì)于產(chǎn)孢子能力不強(qiáng)或孢子發(fā)芽慢的菌種，可以用搖瓶液體培養(yǎng)法，將孢子接入含液體培養(yǎng)基的搖瓶中，于搖瓶機(jī)上恒溫振蕩培養(yǎng)，獲得菌絲體作為種子，試管→三角瓶→搖床→種子罐；（2）厭氧培養(yǎng)：對(duì)于酵母菌，試管→三角瓶→卡式罐→種子罐。種子罐級(jí)數(shù)是指制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，種子罐的級(jí)數(shù)取決于菌種生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度、所采用發(fā)酵罐的容積等，對(duì)于細(xì)菌來說，菌體生長快，種子用量比例少，級(jí)數(shù)也較少，一般采用二級(jí)發(fā)酵，即茄子瓶→種子罐→發(fā)酵罐。對(duì)于霉菌來說，霉菌生長較慢，需要三級(jí)發(fā)酵，即孢子懸浮液→一級(jí)種子罐（27℃，40 h孢子發(fā)芽，產(chǎn)生菌絲）→二級(jí)種子罐（27℃，10～24 h，菌體迅速繁殖，粗壯菌絲體）→發(fā)酵罐。放線菌生長更慢，采用四級(jí)發(fā)酵。酵母生長比細(xì)菌慢，比霉菌、放線菌快，通常用一級(jí)種子。

確定種子罐級(jí)數(shù)需注意一些問題：種子級(jí)數(shù)越少越好，可簡化工藝和控制，減少染菌機(jī)會(huì)。但種子級(jí)數(shù)太少，接種量小，發(fā)酵時(shí)間延長，降低發(fā)酵罐的生產(chǎn)率，增加染菌機(jī)會(huì)。雖然種子罐級(jí)數(shù)隨產(chǎn)物的品種及生產(chǎn)規(guī)模而定,也與所選用的工藝條件有關(guān)。如改變種子罐的培養(yǎng)條件，加速了孢子發(fā)芽及菌體的繁殖，也可相應(yīng)地減少種子罐的級(jí)數(shù)。本設(shè)計(jì)的種子罐包括1m3的小培養(yǎng)罐和5m3的擴(kuò)大培養(yǎng)罐，其培養(yǎng)級(jí)數(shù)可根據(jù)需要采用1～3級(jí)，各級(jí)培養(yǎng)罐獨(dú)立設(shè)置又相互聯(lián)系，適用于細(xì)菌、霉菌、酵母菌等微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)。種子罐包括1m3的小培養(yǎng)罐和5m3的擴(kuò)大培養(yǎng)罐，小培養(yǎng)罐與擴(kuò)大培養(yǎng)罐上下放置，且小培養(yǎng)罐位于擴(kuò)大培養(yǎng)罐上方，小培養(yǎng)罐頂部設(shè)有進(jìn)料口，小培養(yǎng)罐底部設(shè)有放料口，擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部設(shè)有進(jìn)料口，擴(kuò)大培養(yǎng)罐底部設(shè)有培養(yǎng)液出口，且擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部進(jìn)料口通過三通閥與小培養(yǎng)罐底部放料口連接。

1.3具體實(shí)施例分析

微生物發(fā)酵是一個(gè)無菌供氣(或厭氧)的復(fù)雜生化過程,需要無菌空氣與培養(yǎng)基的純種浸沒培養(yǎng)；因而發(fā)酵罐的設(shè)計(jì),不僅是單體設(shè)備單元的設(shè)計(jì),而且還涉及到培養(yǎng)基滅菌、無菌空氣的制備與供給、發(fā)酵過程控制與工藝管道配制等的系統(tǒng)工程[6]。本文設(shè)計(jì)的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，其特征：包括1m3的小培養(yǎng)罐和5m3的擴(kuò)大培養(yǎng)罐，小培養(yǎng)罐與擴(kuò)大培養(yǎng)罐上下安置，且小培養(yǎng)罐位于擴(kuò)大培養(yǎng)罐上方，小培養(yǎng)罐頂部設(shè)有進(jìn)料口，罐底部設(shè)有放料口，擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部設(shè)有進(jìn)料口，底部設(shè)有培養(yǎng)液出口，且擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部進(jìn)料口通過三通閥與小培養(yǎng)罐底部放料口連接。小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐中分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有中心軸豎向的攪拌軸，攪拌軸下部分別固定有攪拌葉片。小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部分別安裝有驅(qū)動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐內(nèi)還分別設(shè)有環(huán)繞在各自攪拌軸外的加熱及冷卻盤管，加熱及冷卻盤管兩端分別穿出所在培養(yǎng)罐，且2個(gè)加熱及冷卻盤管一端共接后與給汽、循環(huán)水管連接，另一端共接后與排汽、循環(huán)水管連接。小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐底部分別連通安裝有凈化空氣的進(jìn)氣管，連通位置分別鄰近對(duì)應(yīng)的攪拌軸下端。小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐頂部分別連通安裝有凈化空氣排氣管，小培養(yǎng)罐、擴(kuò)大培養(yǎng)罐相同方向一側(cè)分別連通安裝有給汽、進(jìn)水管。

如圖1所示的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，其包括罐體穩(wěn)固架、支腿、1m3小培養(yǎng)罐（4）、5 m3擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6），培養(yǎng)罐上下放置，罐體呈圓柱體，罐體保溫罩外置于罐體表層，并配備有攪拌器（3）、加熱及冷卻盤管（5），溫度顯示、液位計(jì)（10）等。通過對(duì)應(yīng)閥門控制，通過給汽、進(jìn)水管（2），實(shí)現(xiàn)對(duì)小培養(yǎng)罐和擴(kuò)大培養(yǎng)罐的蒸汽加熱，注水等；同時(shí)，給汽、循環(huán)水管（1），可實(shí)現(xiàn)對(duì)罐內(nèi)培養(yǎng)基的間接加熱、冷卻以及保溫。加熱及冷卻盤管（5），呈低進(jìn)高出，排布在培養(yǎng)裝置的中心區(qū)域。

圖1　釀酒用工業(yè)微生物簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，小培養(yǎng)罐（4）、擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）內(nèi)底部中心分別安裝有攪拌軸支架（15），攪拌軸（7）下端分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在對(duì)應(yīng)的攪拌軸支架（15）中，并且小培養(yǎng)罐（4）、擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）外分別罩有保溫罩。加熱及冷卻盤管（5）在培養(yǎng)罐中呈低進(jìn)高出向上循環(huán)，其中2個(gè)加熱及冷卻盤管（5）上端穿出培養(yǎng)罐并共接后與排汽、循環(huán)水管（8）連接，2個(gè)加熱及冷卻盤管（5）下端穿出培養(yǎng)罐并共接后與給汽、循環(huán)水管（1）連接。擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）一側(cè)安裝有溫度顯示及液位計(jì)（10）。凈化空氣進(jìn)氣管（14）設(shè)置于罐體底部，與攪拌軸（7）下端相鄰，凈化空氣可通過配備有空氣凈化裝置的空氣壓縮機(jī)供給。

本設(shè)計(jì)的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置設(shè)置有排汽、循環(huán)水管（8），如圖1所示，可實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過加熱及冷卻盤管（5）后排放的蒸汽、循環(huán)水的收集再利用。該擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）通過三通閥（11）與小培養(yǎng)罐（4）連接，可實(shí)現(xiàn)小培養(yǎng)罐（4）與擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）的連通，通過培養(yǎng)液出口（9），可實(shí)現(xiàn)成熟擴(kuò)大培養(yǎng)菌液的排放使用。該擴(kuò)大培養(yǎng)罐（6）一段頂部設(shè)置有凈化空氣排氣管（12），可實(shí)現(xiàn)罐體內(nèi)外壓力的平衡，又避免雜菌污染。

圖2　簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置凈化空氣進(jìn)口局部示意圖

培養(yǎng)罐內(nèi)安裝的攪拌器首先用來分散氣泡以得到盡可能高的傳質(zhì)系數(shù)KLa（好氧培養(yǎng)），此外還使被攪拌的發(fā)酵液（培養(yǎng)基）循環(huán)以增加氣泡的平均停留時(shí)間,并在整個(gè)培養(yǎng)液系統(tǒng)中均勻分布，防止其并聚。當(dāng)氣體流量一定時(shí)，罐內(nèi)流型取決于攪拌葉的速度。攪拌葉轉(zhuǎn)速低時(shí)，攪拌葉的作用被上升氣流吞沒，增加攪拌速度，氣體就在整個(gè)罐內(nèi)形成循環(huán)，此時(shí)出現(xiàn)了完全分散的攪拌速度（以Ncd表示），以后再加大攪拌葉轉(zhuǎn)速，罐內(nèi)整體流型保持不變，增加攪拌強(qiáng)度也就增加了氣體截留率和傳質(zhì)速率。如圖2所示，本設(shè)計(jì)的攪拌系統(tǒng)采用在罐體底部安裝一個(gè)用來分散空氣的渦輪攪拌器,其上部再安裝一組軸流式攪拌器，用來循環(huán)發(fā)酵液（培養(yǎng)基），達(dá)到氣泡分布均勻、加強(qiáng)熱量傳遞和消除罐內(nèi)上、下部之間含氧量梯度差等效果。

本設(shè)計(jì)的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置主要采用深層液體發(fā)酵方式實(shí)現(xiàn)微生物菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)，由罐底部通氣，送入的凈化空氣由攪拌槳葉分散成微小氣泡以促進(jìn)氧的溶解。這種由罐底部通氣攪拌的培養(yǎng)方法，相對(duì)于由氣液界面靠自然擴(kuò)散使氧溶解的表面培養(yǎng)法，液體培養(yǎng)基溶解氧較為充分，可以有效促進(jìn)好氧微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)，其特點(diǎn)是容易按照生產(chǎn)菌種對(duì)代謝的營養(yǎng)要求以及不同生長時(shí)期的通氣、攪拌、溫度與培養(yǎng)基中氫離子濃度等條件，選擇最佳培養(yǎng)條件。本設(shè)計(jì)的培養(yǎng)裝置采用深層培養(yǎng)基本操作的主要控制點(diǎn)有：①滅菌：發(fā)酵工業(yè)要求純培養(yǎng)，因此在種子培養(yǎng)前必須對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行加熱滅菌，所以本設(shè)計(jì)的種子罐具有蒸汽夾套，以便將培養(yǎng)基和種子罐進(jìn)行加熱滅菌；②溫度控制：培養(yǎng)基滅菌后，冷卻至培養(yǎng)溫度進(jìn)行種子培養(yǎng)，由于隨著微生物的生長和繁殖會(huì)產(chǎn)生熱量，攪拌也會(huì)產(chǎn)生熱量，所以設(shè)計(jì)要維持溫度恒定，在夾套中或盤管中通冷卻水循環(huán)；③通氣、攪拌：空氣進(jìn)入種子罐前先經(jīng)過空氣過濾器除去雜菌，制成無菌空氣，而后由罐底部進(jìn)入，再通過攪拌將空氣分散成微小氣泡，為了延長氣泡滯留時(shí)間，可在罐內(nèi)裝擋板產(chǎn)生渦流；攪拌的目的除增加溶解氧以外，可使培養(yǎng)液中的微生物均勻分散在種子罐內(nèi)，促進(jìn)熱傳遞，以及pH值均衡，并使加入的酸、堿等分散均勻。

本設(shè)計(jì)的擴(kuò)大培養(yǎng)裝置培養(yǎng)基采用實(shí)罐滅菌,為使滅菌時(shí)培養(yǎng)基的傳熱較為理想，需要開動(dòng)攪拌電機(jī)，但此時(shí)往往不通入空氣，因而使攪拌功率上升，如果操作不當(dāng)，有可能導(dǎo)致電機(jī)損壞；為此，本設(shè)計(jì)使用多極電機(jī)，其電機(jī)（3）固定于罐體頂部居中位置，可以在實(shí)消時(shí)低速攪拌，在正常發(fā)酵時(shí)攪拌全速運(yùn)行,在發(fā)酵過程中以滿足不同需氧量的攪拌操作要求。如圖1所示，電機(jī)（3）固定于罐體頂部居中位置，攪拌軸（7）伸入到罐體底部，攪拌軸（7）下端設(shè)有攪拌葉片（13），攪拌軸（7）與罐體底部設(shè)置攪拌軸支架（15），加熱及冷卻盤管（5）在攪拌葉片（13）處呈環(huán)繞排布。

2　生產(chǎn)應(yīng)用分析與探討

2.1在復(fù)合己酸菌液培養(yǎng)中的應(yīng)用

生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的濃香型白酒，窖泥是重要保障，原料是前提，大曲是基礎(chǔ)，工藝是關(guān)鍵。濃香型大曲酒的主體香味物質(zhì)是己酸乙酯，而己酸乙酯是窖泥中梭狀芽孢桿菌、己酸菌等各種生香產(chǎn)酯微生物的代謝產(chǎn)物，因此，窖泥的質(zhì)量直接決定著酒質(zhì)的優(yōu)劣，利用現(xiàn)代微生物技術(shù)培養(yǎng)的復(fù)合己酸菌液在濃香型白酒窖池養(yǎng)護(hù)與窖泥培養(yǎng)過程中起到重要作用。己酸菌培養(yǎng)液可廣泛應(yīng)用于濃香型大曲酒的灌窖、窖池保養(yǎng)、人工窖泥培養(yǎng)、酯化液的制作等，以改善和提高濃香型大曲酒的質(zhì)量[7]。

應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置進(jìn)行復(fù)合己酸菌液培養(yǎng)取得較好效果，將實(shí)驗(yàn)室制備的復(fù)合己酸菌種子液在1m3小罐內(nèi)培養(yǎng)7 d后使用或轉(zhuǎn)接到5m3大罐培養(yǎng)；在進(jìn)行菌液配制前，先將大、小罐加入一定量的自來水后加熱至97℃左右，達(dá)到一定的滅菌效果；自然冷卻至37℃時(shí)接入實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)接復(fù)壯的復(fù)合己酸菌菌種進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)2 d取樣檢測。取樣時(shí)每次取4支2m L離心管，以液面沒至手腕(液面下10 cm左右)處作為取樣深度，取樣時(shí)注意將表層菌膜撥去，以免影響菌體密度檢測。培養(yǎng)過程中，做好罐體的密閉與保溫工作，培養(yǎng)溫度控制在32～35℃；杜絕空氣壓縮機(jī)向培養(yǎng)罐通氣，并封閉好罐口，盡量減少培養(yǎng)液與空氣接觸，創(chuàng)造厭氧條件，又可以避免雜菌污染。

圖3　培養(yǎng)裝置厭氧培養(yǎng)復(fù)合己酸菌液1m3培養(yǎng)罐中菌體密度、己酸含量變化

由圖3可知，1m3小罐培養(yǎng)液中菌體密度在前7 d內(nèi)逐漸增大，在7 d時(shí)達(dá)到最大值，培養(yǎng)后期菌體密度逐漸降低；己酸含量在7 d時(shí)達(dá)到最大值，之后己酸含量趨于平穩(wěn)。由圖4可知，5m3大罐菌液在前10 d菌體密度逐漸增大，在10 d時(shí)達(dá)到最大值，菌體密度在后期培養(yǎng)過程中逐漸降低；可能是因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)的消耗而導(dǎo)致最終的菌體數(shù)量減少，而己酸含量在前10 d逐漸增大，在達(dá)到最大值后期整體無太大變動(dòng)。

以上結(jié)果表明，在1m3小罐培養(yǎng)液中菌體密度和己酸含量在7 d時(shí)達(dá)到最大值，而5m3大罐培養(yǎng)液中菌體密度和己酸含量達(dá)到最大值的時(shí)間則稍有延遲，在10 d時(shí)達(dá)到最大值，說明5m3大罐與1m3小罐因培養(yǎng)體積、溫度控制等的差異對(duì)菌體密度和己酸含量有一定的影響，也表明，7～10 d是菌體轉(zhuǎn)接較適宜的時(shí)間。

2.2在黑曲霉液體培養(yǎng)產(chǎn)糖化酶中試實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

圖4　培養(yǎng)裝置厭氧培養(yǎng)復(fù)合己酸菌液5m3培養(yǎng)罐中菌體密度、己酸含量變化

濃香型白酒的釀造過程主要依靠眾多微生物的協(xié)同參與，在微生物及其代謝酶的作用下大分子物質(zhì)的降解、代謝產(chǎn)物的相互作用是決定白酒產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素；其中，淀粉的糖化過程主要受霉菌代謝產(chǎn)生糖化酶的催化影響[8]。利用黑曲霉的液體深層發(fā)酵生產(chǎn)糖化酶，由于黑曲霉具很強(qiáng)的抗污染能力，生產(chǎn)力強(qiáng)，易培養(yǎng)，所以菌種培養(yǎng)條件一般較好控制，不會(huì)受到污染，而發(fā)酵培養(yǎng)條件較難控制。利用本文設(shè)計(jì)的培養(yǎng)裝置對(duì)從金種子濃香型大曲中篩選得到的1株產(chǎn)糖化酶功能較強(qiáng)的黑曲霉霉菌進(jìn)行液體培養(yǎng)產(chǎn)糖化酶條件考察，結(jié)果表明，黑曲霉菌株Mxzd-001液體發(fā)酵產(chǎn)糖化酶的適宜培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)溫度分別為4 d、30℃，本文設(shè)計(jì)的培養(yǎng)裝置取得了較好的應(yīng)用效果。

將實(shí)驗(yàn)室制備的黑曲霉M xzd-001種子液以10%的比例接入到1m3小培養(yǎng)罐中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中定時(shí)開啟通氣、攪拌裝置，并分別考察培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)溫度等培養(yǎng)條件對(duì)菌株產(chǎn)糖化酶活力的影響；取種子培養(yǎng)液于離心管中，以6000 r/m in離心10m in，取上清液分離純化后，按照GB 8276—2006《食品添加劑糖化酶制劑》中的方法測定糖化酶活力[9]。

由圖5（a）可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，發(fā)酵液的糖化酶活性逐漸增加，培養(yǎng)96 h后，酶活達(dá)到最高值（910 U/m L），隨后又逐漸下降；其中，在培養(yǎng)48～96 h期間，發(fā)酵液的糖化酶活性增加迅速，種子擴(kuò)培液在培養(yǎng)3 d左右即可得到菌絲球長勢較好、酶代謝旺盛的轉(zhuǎn)接菌種。固態(tài)白酒釀造過程中的發(fā)酵溫度呈現(xiàn)“前緩、中挺、后緩落”的趨勢，發(fā)酵溫度甚至可達(dá)到40℃以上；因此，參與發(fā)酵的糖化酶菌株要具備一定的耐高溫性。由圖5（b）可知，當(dāng)培養(yǎng)溫度在15～30℃時(shí)，發(fā)酵液糖化酶活性隨著溫度的上升而提高；當(dāng)培養(yǎng)溫度為30℃時(shí)，糖化酶活性最高（850 U/m L）；培養(yǎng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，發(fā)酵液糖化酶活性仍可達(dá)到200U/m L，表明該菌株是可耐受高溫環(huán)境的。

圖5　中試實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)時(shí)間、溫度對(duì)菌株Mxzd-001液體培養(yǎng)產(chǎn)糖化酶能力的影響

3　總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，并探討了該裝置在復(fù)合己酸菌液培養(yǎng)、霉菌液體發(fā)酵產(chǎn)糖化酶中試實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明，該裝置的應(yīng)用效果良好。本文所設(shè)計(jì)的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置，通過開啟蒸汽、攪拌機(jī)、循環(huán)水等對(duì)應(yīng)管線或裝置，可實(shí)現(xiàn)加熱殺菌、攪拌、冷卻、保溫、溫度及液位監(jiān)測等，可通過空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)罐體內(nèi)培養(yǎng)基溶解氧的控制；該培養(yǎng)裝置占地面積小、設(shè)備投資少，不僅可以實(shí)現(xiàn)常用釀酒工業(yè)微生物逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的密閉連續(xù)性，避免雜菌污染，而且能實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)整控制，適用于好氧、兼氧與厭氧等釀酒用工業(yè)微生物擴(kuò)大培養(yǎng)，尤其適用于復(fù)合己酸菌液的擴(kuò)大培養(yǎng)，生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值較高。

微生物液體發(fā)酵過程的自動(dòng)化依賴于對(duì)發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的檢測與控制，目前，應(yīng)用比較普遍的測量參數(shù)及自動(dòng)控制主要有罐溫、罐壓、pH值、補(bǔ)糖、補(bǔ)水和加油消沫，以及空氣流量、發(fā)酵液體積、溶氧、電機(jī)電流和功率等[10]；由于生化工程的要求，培養(yǎng)罐的檢測元件必須能滿足蒸汽滅菌且不能對(duì)發(fā)酵液產(chǎn)生污染等；因此，本文設(shè)計(jì)的一種釀酒用工業(yè)微生物的簡易擴(kuò)大培養(yǎng)裝置還需要進(jìn)一步完善自動(dòng)化控制單元與系統(tǒng)，以提高該裝置的自動(dòng)化控制水平，提高生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)效率。

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Design and App lication of a Sim p le Device for Expanding CultureofM icrobes in Liquor-M aking Industry

CHENGWei1,WANG Hailei2,WANGYansheng3,HUANG Xunduan3,DING Lei1,gAO Zhiyuan1,XUEXijia4,WU Hongping4,XIEGuopai1and PENG Bing1
（1.JinzhongziDistillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui236023;2.Departmentof Neurology,Fuyang Tumor Hospital, Fuyang,Anhui236000;3.Research Institute of Health Sciences,AnhuiUniversity,Hefei,Anhui230601; 4.Testing Center,JinzhongziDistillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui236018,China)

M icrobialstrainw ith high fermentation yield,stable production performance,and sufficientquantity and no harm fulbacteria contamination is the key to the preparation of seed.The design and the application of the device for expanding culture ofm icrobes play an important role in seed preparation and w ill directly influence the quality and the efficiency of seed preparation.In this paper,the design and the application of a simple device for expanding culture ofm icrobes in liquor-making industry were introduced.Such simple device is composed of 1m3small culture tank and 5m3expanding culture tank,which are equipped w ith a tank insulation cover,air compressor,m ixer,circular coil,temperature sensor and liquid levelmeter etc.The tank of the device is a cylinder in correspondence to steamer,mixer,and circulatingwater pipeline etc.,respectively.Steam heating sterilization,stirring,cooling and insulation,temperature and liquid levelmonitoring could be easily achieved.Such device is especially suitable for the culture of compound caproic acid bacteria liquid.The use of such device could achieve closed continuous expanding culture ofmicrobes,and effectively avoid the contam ination of harm ful bacteria.Compared w ith traditional culturemodes,the device could achievebettereffects.

liquor-making;industrialm icroorganism;expanding culture;device;design

TS262.3；TS261.1；Q93-3

A

1001-9286（2016）11-0072-05

10.13746/j.njkj.2016233

安徽大學(xué)金種子酒業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院校企合作項(xiàng)目；安徽省柔和型白酒釀造及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心資助項(xiàng)目。

2016-07-22

程偉（1984-），男，安徽阜陽人，工學(xué)碩士，工程師，高級(jí)品酒師，研究方向?yàn)槭称肺⑸锛夹g(shù)及發(fā)酵工程，E-mail：564853735@qq.com。

謝國排（1977-），男，安徽阜陽人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)獒劸粕a(chǎn)技術(shù)與現(xiàn)代企業(yè)管理。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-10-12；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161012.1050.011.htm l。